Οptimisatiοn glοbale et générique de la gestiοn de l'énergie dans un micrοgrid pοur les télécοmmunicatiοns

Global and generic optimization of energy management in a microgrid for telecommunications

• Auteur / Autrice : Othmane Hamzaoui
• Direction : Hamid Gualous, Stéphane Le Masson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 23/09/2025
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire universitaire des sciences appliquées de Cherbourg (1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Salvy Bourguet, Christophe Forgez, Ali Yahyaouy, Melika Hinaje, Brian Françoise, Bo Jie
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Salvy Bourguet, Christophe Forgez
• DOI : 10.70675/540443c8z6a63z4e4azb6e6z082923a6e349

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de télécommunications

Économies d'énergie

Durée de vie (ingénierie)

Jumeaux numériques

Mots clés libres

Systèmes de Gestion de l'Énergie (EMS)

Réseaux de Télécommunication

Efficacité Énergétique

Optimisation Hors-Ligne

Optimisation En-Ligne

Échange Coopératif d'Énergie

Regroupement de Sites RAN

État de Santé (SoH) des Batteries

Analyse Technico-Économique

Optimisation Multi-Objectifs

Alidation Expérimentale

Energy Management Systems

Telecommunication

Energy Efficiency

Offline Optimization

Online Optimization

Cooperative Energy Exchange

RAN Site Clustering

Battery State-of-Health

Techno-Economic Analysis

Sustainability

Multi-Objective Optimization

Experimental Validation

Numerical Twin

Résumé

Les Réseaux d'Accès Mobile (RAN) sont d'importants consommateurs d'énergie, confrontés à une pression croissante due à l'augmentation des coûts opérationnels et au besoin urgent d'une plus grande durabilité. Les stratégies actuelles de gestion de l'énergie peinent souvent à gérer la complexité des sites télécoms modernes, qui utilisent diverses sources d'énergie, et manquent d'outils pour la conception stratégique et le partage coopératif d'énergie entre les sites. Cette thèse de doctorat aborde ces défis critiques en développant et en validant une série de Systèmes de Gestion de l'Énergie innovants et de cadres de conception adaptés au secteur des télécommunications.L'objectif principal était de créer des solutions pratiques qui améliorent significativement l'efficacité énergétique, réduisent les coûts et augmentent la résilience des opérations RAN. Cet objectif a été atteint grâce à une modélisation avancée, des techniques d'optimisation hors-ligne et en ligne, et le développement d'un paradigme novateur d'échange d'énergie coopératif pour les déploiements multi-sites. Les contributions clés comprennent un modèle dynamique de l'État de Santé (SoH) des batteries spécifiques à l'usage télécom, des modèles à base de réseaux de neurones pour l'efficacité des convertisseurs de puissance, et l'intégration de données environnementales et de marché en temps réel.S'appuyant sur ces modèles, un EMS hors-ligne complet pour la planification stratégique à long terme et un EMS en ligne basé sur la Commande Prédictive (MPC) pour les ajustements dynamiques en temps réel ont été développés. De plus, ce travail introduit un système coopératif d'échange d'énergie pour les sites RAN interconnectés ainsi que deux cadres de conception distincts : l'un pour optimiser l'environnement énergétique des sites RAN individuels en considérant à la fois les coûts et les émissions de carbone, et un autre pour analyser la viabilité technico-économique du regroupement de multiples sites RAN en communautés de partage d'énergie (le concept de la force du collectif). Ces cadres, développés pour fournir des outils auparavant indisponibles à l'entreprise industrielle partenaire, ont été rigoureusement testés et validés à l'aide d'un jumeau numérique calibré d'un site G-RAN opérationnel.Les résultats démontrent que ces approches intégrées peuvent conduire à des améliorations substantielles en matière de rentabilité énergétique, de résilience opérationnelle et de durabilité environnementale pour les opérateurs télécoms. Cette recherche fournit des outils et des méthodologies pratiques et déployables, ouvrant la voie à une gestion de l'énergie plus intelligente, coopérative et durable dans les futurs réseaux de télécommunication.

Telecommunication Radio Access Networks (RANs) are major energy consumers, facing increasing pressure from rising operational costs and the urgent need for greater sustainability. Current energy management strategies often struggle with the complexity of modern telecom sites, which use diverse energy sources, and lack tools for strategic design and cooperative energy sharing between sites. This PhD research addresses these critical challenges by developing and validating a suite of innovative Energy Management Systems (EMS) and design frameworks tailored for the telecommunications sector.The primary aim was to create practical solutions that significantly enhance energy efficiency, reduce costs, and improve the resilience of RAN operations. This was achieved through advanced modeling, offline and online optimization techniques, and the development of a novel cooperative energy exchange paradigm for multi-site deployments. Key contributions include a dynamic battery State-of-Health (SoH) model specific to telecom usage, neural network models for power converter efficiencies, and the integration of real-time market and environmental data.Building on these models, comprehensive offline EMS for long-term strategic planning and online Model Predictive Control (MPC)-based EMS for real-time dynamic adjustments were developed. Furthermore, this work introduces a cooperative energy exchange system for interconnected RAN sites and two distinct design frameworks: one for optimizing individual RAN site power environments considering both cost and carbon emissions, and another to analyze the techno-economic viability of clustering multiple RAN sites into energy-sharing communities (the ''Power of We'' concept). These frameworks, developed to provide tools previously unavailable to the supporting industrial company, were rigorously tested and validated using a calibrated numerical twin of an operational G-RAN site.The findings demonstrate that these integrated approaches can lead to substantial improvements in energy cost-effectiveness, operational resilience, and environmental sustainability for telecom operators. This research provides practical, deployable tools and methodologies, paving the way for more intelligent, cooperative, and sustainable energy management in future telecommunication networks.